Лекция 3 Состав почв Почвы содержат практически

Лекция 3.

Состав почв Почвы содержат практически все элементы периодической системы Д. И Менделеева. По набору элементов и их количественному содержанию почвы существенно отличаются от живых организмов, минералов и горных пород, за исключением некоторых рыхлых осадочных пород, по-видимому, прошедших в прошлом стадию почвообразования.

В почвах практически все входящие в их состав химические элементы являются обязательными и необходимыми. Отличительные особенности почв: 1) большой набор элементов; 2) сочетание высокого содержания C и Si, что отражает одновременное влияние двух факторов почвообразования: растительного и животного мира, с одной стороны, и почвообразующих пород — с другой; 3) большой диапазон концентраций, охватывающий 4 -5 порядков и даже достигающий 910 порядков.

Средний элементный состав метрового слоя почв, % на абс. сухую навеску (Орлов, 2005)

Интервалы содержаний (%), исключая торфяные почвы (в скобках указаны значения для красноземов, если они резко отличаются от средних величин).

Микроэлементный состав по типам почв (Беус и др. , 1976).

Геохимическое районирование • Геохимическое районирование – деление территории на однородные регионы по геохимическим особенностям: уровню накопления и ассоциациям химических элементов, условиям и возможностям использования методов геохимических поисков, особенностям химического и физического выветривания, условиям миграции и подвижности химических элементов и др.

Геохимическое районирование • Для геохимического районирования почвенного покрова основным фактором выбирают микроэлементный состав почв, являющийся важным показателем нормальной или анормальной жизнедеятельности организмов в биогенной пищевой цепи порода – почва – живые организмы.

• • • Группы элементов: 1) атмофильные элементы (H, C, N, O, Cl, Br, I); 2) элементы горных пород (литофильные и оксифильные): Li, Be, Na, Mg, Al, Si, O, K, Ca, Rb, Sr, Cs, Ba, Y, Zr, Nb, Mo, B, F, Se, Ti, V, Cr, Mn, Cl, Tc, Hf, Ta, W, Re; 3) сидерофильные элементы (в составе железных руд): Fe, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, P, Mo, Sn, Ge; 4) халькофильные элементы (в составе сульфидных руд): S, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Cd, In, Sb, Te, Hg, Tl, Pb, Bi, Co, Ni, Mo, Ag; 5) биофильные элементы: B, C, N, O, P, S. В. М. Гольдшмидт, 1924

• На территории бывшего СССР выделено 6 крупных геохимических областей с различной геохимической специализацией. Например, Дальневосточная область с халькофильно-сидерофильной ассоциацией, Казахстанско-Западносибирская с литофильной и халькофильно-литофильной специализацией.

• К. И. Лукашев и др. провели геохимическое районирование территории Белоруссии по пространственному распределению химических элементов в покровных отложениях, почвах и водах. • Ими выделены литогеохимические и педогеохимические типы провинций. Прослеживаются 3 литогеохимические провинции: • 1) Северная; • 2) Центральная; • 3) Южная. • Среднее содержание микроэлементов в почвообразующих породах и почвах показано в таблице.

• Н. А. Протасов при районировании Окско. Донской равнины установил некоторые закономерности географического распределения микроэлементов в почвах, что позволило ему выделить 4 почвенногеохимических района: 1) Северо-Восточный Цнинский; 2) Северный; 3) Южный; 4) Юго-Восточный Хоперский (табл. ).

• Ф. Я. Сапрыкин и др. провели геохимическое районирование почвенного покрова трех областей Северо-Запада РСФСР (Ленинградской, Псковской, Новгородской) и составили почвенногеохимическую карту масштаба 1: 1 000. • По ландшафтно-почвенным геохимическим условиям территория подразделяется на 4 типа почвенных округов с относительно однотипной структурой почвенного покрова и однородным характером литолого-геоморфологических факторов: 1) водно-ледниково-озерно-равнинные; 2) конечно-моренные; 3) морено-равнинные; 4) гляциально-эрозионно-цокольные пониженные.

• По данным Н. А. Протасовой (1992, 1998) в гумусовом горизонте серых лесных почв и черноземов наблюдается заметная аккумуляция микроэлементов (медь, бериллий, марганец, иод). В карбонатном горизонте всегда накапливается стронций (табл. ). • В результате почвообразовательного процесса происходит перераспределение элементов по профилю. • Микроэлементный состав почв региона выглядит так: Ti > Mn > Ba, Zr > Sr, Cr, V > Zn > B > Ni > Cu >> Co > I > Mo > Be

(Протасова Н. А. и др. , 1992)

• Серые лесные почвы сохраняют запасы титана, бария, хрома, цинка, молибдена и бериллия. Содержание марганца, циркония, бора, иода в них повышается за счет биологической аккумуляции. Концентрация ванадия, меди, стронция, никеля и кобальта несколько снижается вследствие их миграции в кислой среде. • Самые плодородные почвы Центрального Черноземья - черноземы имеют более высокий уровень содержания всех элементов, чем почвообразующие породы.

(Н. А. Протасова, 1998)

Схематическая карта районирования и геохимической специализации вулканических почв Камчатского п-ва (Литвиненко и др. , 2008) 1 – провинции: I – Северная; II – Центральная; III – Западная; IV – Юго. Восточная; 2 – возраст приповерхностных пеплов; 3 – границы провинций: а – установленные; б – предполагаемые; 4 – границы между почвами, сформированными в пеплах идентичного состава вулкана Опала и Ксудач; 5 – локальные ареалы свежих пеплов; 6 – в скобках указаны КК; 7 – места заложения опорных почвенных разрезов; 8 – участки детальных геохимических исследований почв.

БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ • Термин «биогеохимическая провинция» был введен в 1938 году А. П. Виноградовым. • Биогеохимическая провинция – это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием химических элементов в почвах, водах и других средах. • Следует иметь в виду, что содержание химических элементов в пределах каждой биогеохимической провинции может быть как выше, так и ниже биологического оптимума.

• В. В. Ковальский выделил четыре зоны на территории бывшего СССР, которые характеризуются единством зональности почвообразования, климата, миграции элементов и типом биологических реакций организмов на геохимические факторы среды.

Среднее содержание микроэлементов (мг/кг) в почвах различных биогеохимических зон (Сапрыкин, 1984) Биогеохимическая зона Cu Co Mo Zn B Таежно-лесная нечерноземная 16, 5 4, 7 2, 0 33, 1 61, 3 Лесостепная и степная черноземная В среднем по зоне 25, 8 11, 2 2, 9 62, 5 102, 4 Серые лесные почвы 24, 0 6, 4 2, 0 73, 0 105, 4 Черноземные почвы 27, 7 16, 0 3, 8 60, 0 107, 3 Сухостепная, полупустынная и пустынная 27, 4 5, 5 3, 3 71, 9 108, 1 Горная 31, 1 10, 6 2, 7 55, 0 99, 4 Среднее (кларковое) содержание по почвам СССР Пределы для нормальной регуляции функций организмов 25, 2 7, 0 2, 7 55, 6 90, 5 3 -7 3 -30 15 -60 7 -30 1, 5 -4, 6

Зоны • 1. Таежно-лесная нечерноземная зона. Реакции организмов в целом обусловлены недостатком кальция, фосфора, кобальта (73% всех почв), меди (70%), иода (80%), молибдена (53%), бора (50%), цинка (49%), оптимумом содержания марганца (72%), относительным избытком, особенно в поймах рек, стронция (15%). • 2. Лесостепная и степная черноземная зона. В этой зоне характерно оптимальное содержание в почве кальция и кобальта (96% для серых лесных и 77% для черноземных почв), меди (72 -75%), марганца (71 -75%), иод, цинк и молибден сбалансированы с другими элементами. Иногда только наблюдается недостаток подвижного марганца.

Зоны • 3. Сухостепная, пустынная, полупустынная зона. На живые организмы влияют повышенные уровни содержания сульфатов, бора (88%), цинка (76%), часто стронция (47%), молибдена (40%), низкое содержание меди (40%), иногда кобальта (52%). • 4. Горные зоны. В горных почвах соотношение и концентрации микроэлементов изменяются в широких пределах, поэтому возможны различные реакции организмов, но часто проявляется недостаток иода, кобальта, меди, цинка, хотя возможны и варианты избытка меди, цинка, кобальта, молибдена, стронция и других элементов.

По микроэлементному составу различают: 1) почвы с нормальным микроэлементным составом; 2) с избыточным; 3) с недостаточным. • Такие территории называют провинциями. Провинции выделяются в пределах зон. Это природные геохимические провинции.

Характеристика ландшафтов по содержанию Zn в почвах (%) и реакции на него организмов (Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов, 1995) 1 – таежно-лесной нечерноземный; 2, 3 – лесостепной и степной черноземный; 4 – сухостепной, полупустынный, пустынный; 5 – горный; 6 – рудных провинций.

Характеристика ландшафтов по содержанию Cu в почвах (%) и реакции на него организмов (Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов, 1995) 1 – таежно-лесной нечерноземный; 2, 3 – лесостепной и степной черноземный; 4 – сухостепной, полупустынный, пустынный; 5 – горный; 6 – рудных провинций.

• Существует зависимость между химическим составом почв и частотой различных заболеваний среди населения. • Баланс микроэлементов в окружающей среде через воду и продукты питания отражается на балансе микроэлементов в человеческом организме.

• В провинциях с недостатком кобальта ослабляется синтез витамина В 12. Последнее характерно для нечерноземной зоны, где нередко развивается гипо- или авитаминоз В 12. • При избытке молибдена и нарушении его соотношения с медью усиливается синтез фермента ксантиноксидазы, у животных развивается молибденовый токсикоз, а у человека - эндемическая молибденовая подагра.

• Существуют провинции с недостаточным содержанием фтора (территория Ленинградской области), такие территории эндемичны по кариесу. Провинции с избыточным содержанием фтора эндемичны по флюорозу. • Провинции с недостаточным содержанием иода - эндемический зоб и базедова болезнь.

• Таким образом, формирование биогеохимических провинций чаще всего связано с особенностями состава почвообразующих пород. • Биогеохимические провинции с повышенным содержанием элементов обычно формируются в районах рудных месторождений.

Кроме того, повышенные концентрации некоторых элементов могут быть обусловлены выбросами промышленных предприятий и автотранспорта. В данном случае такие территории выделяют как искусственные биохимические провинции.

Основные выводы 1. В почвенном покрове определенной территории наблюдается отчетливая дифференциация в содержании и распределении микроэлементов. 2. Для каждого элемента характерны свои особенности географического (пространственного) распространения в почвах. 3. Концентрация большинства микроэлементов в одних и тех же почвах варьирует в больших пределах в зависимости от их гумусированности, величины p. H, емкости поглощения, гранулометрического состава, карбонатности. 4. Закономерности географического распространения микроэлементов в почвенном покрове используют для проведения почвенно-геохимического районирования отдельных регионов.